南京地區城市綠地喬木遮光率*

汪瑞軍 楊 靜 成玉寧

東南大學建筑學院 南京 210096

由于樹形、冠形、葉型等方面的變化，不同喬木種的遮光效果不盡相同，所形成的投影也存在質量上的差異。在比較和量化行道樹遮蔭能力時，從人的感受出發，常以 “蔭質” 作為評價標準，由遮光率和降溫率的乘積決定[1]。而對中下層植被的生長而言，遮光率的作用則更為突出，是量化冠下空間光照環境的重要指標。遮光率計算公式[1]為:L= (l1-l2)/l1×100%，其中，L為遮光率，l1為全光照下實測照度，l2樹冠投影中心區域的實測照度。單層植物葉片可以吸收80%并反射10%的可見光輻射，約10%可以透過[2]。一株正常生長的樹木，其葉片密度、葉片類型及冠層結構等都會影響到輻射消減比例，一些學者給出的大致范圍是 80% ～90%[3]。葉面積指數(LAI)作為度量樹冠整體空間特征的重要空間參數，被證明與直射光和散射光的消減率均呈極顯著正相關關系[4-5]。

從葉片結構到分枝方式和樹冠形態，不同樹種形成了冠層遮光率的差異，該差異又會因各種內外部的空間變化而表現得更加豐富，在城市綠地中這種空間變化包括植株規格差異、喬木組合方式以及建筑的影響等。本文通過對南京市華東地區常見景觀喬木樹種遮光率的調查，從喬木樹種和上述空間變化方面分析遮光率的表現特征，旨在為城市綠地植物群落的科學化構建提供參考。

1 調查對象與方法

1.1 調查對象

調查對象分為單株喬木和組合喬木，前者包括獨立植株和建筑周邊植株，后者包括同種群植和異種群植，喬木個體特征調查對象為建康生長的成年植株，無缺冠、無病蟲害、無顯著偏冠和過度修剪。此外，還包括對建筑周邊無植被影響區域的光照調查作為對比參照和確定建筑對局域光照的影響范圍。

獨立植株的選擇標準為: 與其他植株具有一定距離、樹冠投影獨立完整、樹冠表面不受陰影遮蓋。建筑周邊光照的調查選擇南北墻側，其光照條件的差異性最大且在城市環境中的空間分布也最廣。樣點建筑墻面以常見淺色粉刷或飾面磚石為主，太陽輻射反射系數 0.44 ～0.50 (GB 50176-2016，民用建筑熱工設計規范)。調查發現南側墻面反射產生的光強增大現象在距墻基線大于3～4 m以后基本不顯著，考慮栽植空間的需要，南墻側測點的具體位置定為距離墻基線約2 m處，北墻側測點位于光照分析＜4 h/日的陰區范圍[6-7]，且測量時位于陰影區內。樹冠的大部分位于上述光照受影響范圍內，其中南墻側以小喬木為主。

綠地喬木的組合方式具有較高的多樣性，從影響遮光效果的角度考慮，栽植緊湊的組合樹冠遮光相互影響會產生與單株相比的增益效果，疏散或單排行列栽植所形成的效果更多地仍由單株的遮光能力所決定。本調查過程中，將水平層面非單一方向上擁有3～5 株以上植株、樹冠相連的小型片林歸為群植組合。結合常用綠地植物配植手法與實際調查，群植組合主要分為同種群植和異種群植兩種形式，同種群植由規格相近的同種喬木組合而成，異種群植又包括水平與垂直兩種結構，前者為樹形差異不大的不同樹種形成的單喬木層，后者為樹形差異較大的不同樹種形成的復合喬木層。

1.2 測量方法

調查時間為夏末8 月下旬至9 月中旬，這是一年中樹木生長量最大的時期，具體時間為晴朗天氣正午 11 ∶ 00—13 ∶ 00，數據采集儀器為PM6612 型照度計。具體方法為在冠層投影中心區域不同點位多次 (3 ～5 次或以上，視陰影范圍)測量并取均值記錄為樣點照度，就近全光照下以同樣方式測得背景照度，高度均為地面以上1 m，建筑周邊光照測量方法與此相同。植株胸徑、冠幅和冠下高的測量由皮尺、激光測距儀和塔尺完成。調查共獲得數據逾700 組，涉及57 個樹種，其中單株數據53 種。

2 結果與分析

2.1 不同樹種遮光率比較

單株遮光率分析結果降序排列如表1 所示，同種采集數據以平均值計。圖1 為以背景照度均值 (74 870 lx)計算的各樹種冠陰內照度比較，能夠更加清晰地反映遮光率變化所產生的結果。

所有調查樹種中常綠樹的遮光率整體高于落葉樹，表1 中排序前10 的均為常綠樹種，其平均遮光率為 93.67%，冠陰內照度均值為4 742.18 lx； 落葉樹平均遮光率為90.89%，冠陰內照度均值為6 817.66 lx。常綠樹葉片通常具有較厚的角質層，不僅增加了葉片的厚度，其中亮澤的蠟質還增強了葉片表面對光線的反射[8]，提高了樹冠整體的遮光能力。另外，在常綠和落葉樹種內部的比較中均體現出樹形和葉型對遮光率的影響。常綠闊葉樹種的遮光率普遍較針葉樹種高，針葉樹中圓柏、雪松等分枝集中且樹冠緊湊，排序相對靠前； 闊葉樹中樹形較小的排序更加靠前，例如枇杷、珊瑚樹和桂花，可能與其較小的冠下高削弱了散射光的影響有關。落葉樹中，葉型寬大的樹種遮光率偏大，例如泡桐、桑樹、柿樹等； 冠形高窄或平展松散的樹種遮光率偏小，例如銀杏、意楊、合歡和苦楝等； 而桃樹、櫻花和梅花等小喬木雖然株形較小，冠下高不大，但整體枝形開展，冠層體量較小并多縫隙，遮光率排序位于中后段且相對集中。棕櫚的情況較為特殊，雖然屬于常綠樹種，葉片革質，但樹冠過小，葉片深裂有縫隙，且常在人為干預的影響下形成數倍于冠幅的冠下高，因而遮陰能力大為消減。

表1 不同樹種單株遮光率統計

圖1 不同樹種單株冠陰內照度值升序排列

2.2 喬木規格對遮光率的影響

同種植株間葉型和分枝結構等特征變化不大，由樹齡引起的規格差異在空間形態上主要表現為樹高、冠幅、冠下高等整體形態參數的變化。冠幅越大產生的投影面積越大，冠下高越小投影區受周圍環境散射光影響越小； 樹高主要決定了早晚太陽高度角較小時的樹陰范圍，在光合作用主要發生時段的影響不大。在衡量植株的規格時，出于測量的方便與精確，胸徑常被作為重要指標，且其與冠幅之間存在較為普遍的顯著正相關性[9-10]。

表2 為樣本數量大于15 的各喬木種空間指標之間及各指標與單株遮光率之間相關性分析的結果。胸徑與冠幅呈現全面的顯著正相關性，胸徑與冠下高之間僅懸鈴木表現出顯著負相關，絕大多數樹種的胸徑與冠幅表現與遮光率的顯著相關性，并以正相關居多，少數樹種冠下高與遮光率呈顯著負相關。具有差異化表現的幾個樹種中，垂柳胸徑和冠幅與遮光率的負相關可能與其特殊的枝葉形態相關，葉片著生角度小、小枝細軟、規格越大，主枝越開展，增加了冠層的透光能力；懸鈴木胸徑與冠下高呈現的顯著負相關性可能與被調查植株樹齡較大有關 (胸徑為55 ～120 cm)，高齡段植株側枝發達且具有末端枝稍下垂的趨勢；雪松屬于錐狀樹形，一方面冠下高較小，另一方面，人為修剪或自然生長疏枝產生冠下高增大的同時會導致冠幅減小，因此冠下高的變化對遮光率的影響被突顯出來。

表2 喬木空間指標與單株遮光率相關性分析結果

上述分析驗證了胸徑與冠幅的強關聯性，而對于城市綠地中栽植的成年以上植株，規格變化與冠下高的關聯并不顯著，是樹木生長特征的自然表現，也可能包含人為控制的影響。冠幅與遮光率的關系基本上與理論預期相符。，對于常見的卵形類樹冠喬木而言，植株規格增大很大程度上會引起遮光率的升高。

2.3 群植組合的遮光率分析

2.3.1 單株與同種群植的比較

調查共采集到20 個樹種的同種群植數據，同樹種樣地取平均值，分別按遮光率計算結果、同比單株增長幅度、同比單株冠陰內照度降幅做降序排列 (圖2)。其中遮光率的增幅是兩種狀態下的直接比較，照度降幅則是下降值占單株值的比例，前者均值為4.20%，后者為50.67%。楊梅、重陽木、木瓜3 種無單株調查數據，未進行后續分析。群植組合下桂花遮光率最大，達99.69%，冠陰內照度僅232 lx； 楊樹最小，為90.96%，冠陰內照度為6 768 lx； 常綠樹仍普遍大于落葉樹。與同種單株相比，群植遮光率均有所提高，其中增幅最大的是棕櫚，達15.79%； 最小的是楓楊，為0.77%。單株遮光率排序比較靠后的棕櫚、欒樹和雞爪槭的增幅均比較顯著，群植產生的整體冠層變化很大程度彌補了單株形態在遮光效果上的劣勢。冠陰內的照度降幅最大的是桂花，達87.08%； 最小的是楓楊，為9.71%； 多數常綠樹種在70%以上，均值為70.75%，而落葉樹均值為39.72%，表明在陰生環境的塑造上，常綠樹種在群植后容易達到更為極端的程度。

2.3.2 異種群植的遮光率分析

調查共得到13 種不同混植組合并具有多個重復樣本的測量數據，包含水平組合6 種、垂直組合7 種。如表3 所示，垂直組合的遮光率普遍大于水平組合，均值為98.75%，其中以純落葉樹種組合最低，并且各組合遮光率均大于其中任一樹種的單株數值。與同種群植比較，在重合的樹種中除桂花外，垂直組合的遮光率也都大于所含樹種的群植數值。水平組合的均值為97.59%，同樣，組合遮光率均大于其中任一樹種的單株數值，與同種群植相比，組合值接近其中常綠樹種的同種群植數值，如香樟與楓楊組合的遮光率97.44%，十分接近香樟群植的數值97.64%，而楓楊為92.81%。

圖2 同種群植遮光率及與單株數據的比較分析

表3 異種群植組合遮光率統計

2.4 建筑對喬木遮光率的影響

2.4.1 建筑周邊照度分析

調查共采集到南北墻側數據各15 組，如圖3 所示。南墻側照度平均增長6.75%，以背景照度的均值計算照度增值為5 254 lx；北墻側照度的平均下降幅度為90.94%，陰影內的平均照度為6 799 lx，與調查中落葉喬木的平均水平(90.89%、6 818 lx)相當。

圖3 正午時段建筑南北側照度調查與分析

2.4.2 建筑周邊喬木遮光率

在建筑影響光照區域內，共采集到樣本數量大于10 的南側光照增強區7 個樹種和北側陰影區9 個樹種的單株數據，且所選植株與單株調查中對應樹種的平均規格相近，以減小規格變化產生的影響。表4 中的增幅是指較非建筑影響下相關樹種單株遮光率的增加值。

表4 建筑周邊光照環境下喬木遮光率統計與分析

南側光照增強區內各樹種的遮光率均有不同程度的減小，常綠樹種的降幅整體小于落葉樹種，棕櫚冠幅小冠下高大，墻面反射增加的環境散射光影響相對更高。北側陰影區內各樹種遮光率均有不同程度的增加，常綠樹種的增幅整體小于落葉樹種，枇杷的遮光率幾乎未發生變化。兩側樹種遮光率的排序與對應非建筑影響下的結果 (表1)基本一致，常綠樹種的遮光率在建筑對環境光照的影響下表現得更為穩定。

另外，同種群植、建筑遮蔭分別與單株遮光率的比較中共有5 個樹種重合 (表5)。除桂花表現出同種群植的影響略大之外，其余樹種遮光率均在建筑遮蔭的影響下具有更大的增幅，雙重遮蔭對光照的消減更為顯著。

3 結論與討論

城市綠地喬木遮光率的變化表現出與多種空間因素的關聯。針對喬木植株本身，單株遮光率變化與樹種差異關系密切，常綠樹整體大于落葉樹； 同樹種內部規格與遮光率表現出普遍的顯著相關性，且以正相關為主； 群植遮光率不同程度地大于其中樹種的單株遮光率，絕對數值變化與組成樹種和組合關系均存在關聯。在建筑物對光照的影響范圍內，喬木遮光率在受光面與背光面分別表現出下降與增加的特征，變化幅度因樹種而異，整體上常綠樹小于落葉樹。

表5 同樹種不同條件下遮光率的比較

喬木遮光率的差異對應產生的是冠下空間不同的光照環境，它既是合理構建綠地植物群落所需充分認知的基礎信息，也是多樣化生境條件營造的重要依據。根據植物生長過程中對光照的需求，常以陽性、中性 (耐陰)、陰性的分類方式劃分。陽性植物光補償點約為1 000 lx，光飽和點≥50 000 lx； 陰性植物光補償點為 100 ～ 300 lx，光飽和點約5 000 ～10 000 lx； 中性植物能夠接受全光照2%以下的弱光環境[11-12]。光強接近補償點時，植物很難完成養分積累正常生長[13]。

單株喬木冠陰內照度都在1 500 lx 以上，平均為6 109 lx，符合陰生植物的光照需求，且不會影響中性和部分陽性植物的生長，尤其是其中的落葉樹種； 異種群植和常綠同種群植的平均遮光率都在98%以上，即冠陰內照度在大約1 500 lx以下，只有陰性植物能夠適應。某些因樹種或建筑環境產生的極端光照區域則具有更為嚴苛的限制，常綠中小型喬木群植和建筑全陰區 (光照＜2 h/日)喬木冠陰內的光照均處于極低水平，如桂花群植冠陰內照度不足300 lx，只有吉祥草和山麥冬等少數植物能夠生長，二者的光補償點在200～300 lx 左右[14～15]，屬于極耐陰植物。

結合城市環境的空間特征和植物景觀構建的一般規律，系統梳理喬木遮光率的變化有助于在綠地植物群落營造中針對光照因子實現空間、生境、習性三者的緊密聯系，促進營造過程科學化與精細化程度的提高。